Um arco-íris se forma quando a luz do sol atravessa gotas de chuva e é refratada, refletida e dispersada. Cada gota funciona como um pequeno prisma: a luz branca entra, se separa nas cores do espectro e sai pelo outro lado em um ângulo específico. O resultado, visto por um observador em posição adequada, é o arco colorido.
A parte que costuma surpreender é a segunda pergunta. O arco-íris não é um objeto no céu: é um fenômeno óptico que depende da posição de quem olha. Duas pessoas lado a lado veem arco-íris ligeiramente diferentes.
O caminho da luz dentro da gota
Quando um raio de sol atinge uma gota de chuva, parte da luz entra na água e muda de direção, é a refração. Como cada cor tem um comprimento de onda diferente, cada uma é desviada em um ângulo ligeiramente distinto. O violeta desvia mais; o vermelho, menos.
Depois de entrar, a luz bate na parede interna da gota e é refletida de volta para dentro. Ao sair, sofre uma segunda refração, que separa ainda mais as cores. O ângulo total entre a luz que entra e a que sai é de cerca de 42 graus para a luz vermelha e cerca de 40 graus para a violeta.
É por isso que o vermelho aparece na parte de fora do arco e o violeta na parte de dentro. A diferença de ângulo entre as cores é o que chamamos de dispersão.
Por que o formato é de arco
O arco-íris é circular porque as gotas que produzem o efeito estão distribuídas em todas as direções em torno de um eixo imaginário que vai do sol até os olhos do observador. Todas as gotas que estão no ângulo certo, cerca de 42 graus em relação a esse eixo, produzem luz vermelha que chega até você. As que estão em um ângulo ligeiramente menor produzem violeta.
O conjunto dessas gotas forma um cone, e a interseção desse cone com o céu, na sua frente, é um arco. Se você estiver em um avião ou no alto de uma montanha, com o sol atrás e a chuva à frente, é possível ver o arco completo, formando um círculo inteiro.
O centro desse círculo é sempre oposto ao sol: é o ponto chamado de anti-solar. Por isso o arco-íris aparece do lado oposto ao sol, e por isso ele fica mais baixo no céu quando o sol está alto e mais alto quando o sol está perto do horizonte.
O arco-íris secundário e as faixas escuras
Às vezes aparece um segundo arco, mais tênue e com as cores invertidas, vermelho por dentro, violeta por fora. Ele se forma quando a luz sofre duas reflexões internas dentro da gota, em vez de uma. Cada reflexão adicional espalha mais luz e reduz a intensidade, por isso o arco secundário é mais fraco.
Entre os dois arcos existe uma faixa mais escura, conhecida como faixa de Alexandre. Nessa região, as gotas não enviam luz para o observador no ângulo certo: a luz que sairia para lá já foi refletida ou refratada em outra direção.
O que o arco-íris não é
O arco-íris não é um objeto que existe em um lugar fixo. Ele é uma ilusão de óptica coletiva: cada observador vê o seu próprio arco, formado pelas gotas que estão na posição correta em relação aos seus olhos. Se você andar alguns metros, o arco se desloca com você.
Também não é correto dizer que o arco-íris “reflete” a luz: ele resulta de refração, reflexão interna e dispersão dentro das gotas. A luz que chega aos seus olhos foi separada em cores por esse processo, não apenas devolvida por uma superfície.
Da próxima vez que a chuva parar e o sol voltar, vale procurar o arco no lado oposto ao sol. Ele não está no céu como uma pintura: está acontecendo entre a luz e a chuva, no caminho até os seus olhos.
